复杂地形下物体快速机运行进的原理与方法

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1、维普资讯http://www.cqvip.com复杂地形下物体快速机动行进的原理与方法孟宪伟(黑龙江省牡丹江水泥集团计控址牡丹江157041)／rnII1编者按：孟竞仆同志的置杂地形下轴饿快速机动扦进的原理与方击“文章。肢分祈常见的接触型地面移动方式八手．讨论了在蔓素地彤下糟悻快速扦进的可椎性与理论特征，提出了一种新型车轮错柏，即变辐车轮。蝻者认为变辐车轮的站构设计量杂．制造成奉高，一时难烈类现，是否有这种特珠场告的特殊需求，也较难说清，但在迎接知识拄弃到来的夸天谊文悻现了一种创新岳雏．这是十分可贵的。因此，曲丰富奉刊内容特色，决定予d发表，愿虎让广大读者，肢

2、中得到一点启迪摘要：奉文从目前已有的各种接触型地面移动方式八手，讨论它们在复杂地形下快速机动行进的可能性，然后通过分析快速运动物体所应具有的理-}旨特征．提出了一种崭新的地面移动方式，井进一步涉厦了利用这一方式工作的自动控制系统的简要蛄构和基奉算击。美奠词；复杂地形．快速机动．变辐车轮，机嚣人丰。f球缸功f；盟一般来说，采用肢体与地面相接触的生钎移动方式有这三类移动方式各有其优点和缺点，下面侧重拄术实蠕动、爬行、步行和跳跃等几种，此外，人类还发明了轮式、施的角度探讨一下哪种方式更适合于物体在复杂地形下履带式等机械行进方式，总观所有这些接触型的地面移动的鎏垫盘堂

3、方式，我们可阻把它们归结为三大类，即步行类、滚动类和我们这里所说的复杂地形，指的是宣外尤其是野外对弹跳类。其中步行类的特征是以机体的特定部位交替接于人而言基本上无需攀援和跳跃即可向任意方向直线前触地面，通过改变这些部位的相对距离使整体不断前进，进的地形，其中直立型障碍的垂直落差小于1m，非耐压如上述的蠕动、爬行、步行等；滚动类的特征是以机体或其型障碍的驶向跨度小于1m．大面积斜坡的倾角小于45．局部作为滚动悻，借助滚动体与地面问的滚动摩擦获得前倾斜方向随意。这几种地形可以纵横交错．但要求地表的进时动力，如上述的轮式行进、履带式行进和特定情况下属性简单明显，坍塌

4、、下陷、滑动、粘连等的程度轻微，从而滚动前进的生物等；弹跳类的特征是依靠瞬间的爆发力使保证机器视觉能够迅速准确地铡算相对高度和安垒可靠机体向斜上方完垒腾空，在重新落回地面的短暂时间里在地选择落脚点。承平方向上越过一段距离，对于某些昆虫和高等动物来在三种移动方式中首先耍排除弹跣类，因为我们知说，这也是一种经常采用的移动方式。道，采用这种方式行进的动物，比如袋鼠，有着巨大的能量从动件端部形状对凸轮机构从动件运动性能得到满足工作要求且运动性能较好的凸轮机构；的影响的研究表明，在不改变凸轮轮廓曲线的基(4)凸轮机构从动件的端部形状，在凸轮机构础上，改变从动件的端部形状

5、，就可以改变凸轮机优化设计中可作为一种设计变量参与，获得更加构从动件的运动性能，对改变从动件的速度和加优越的设计结果。速度的最大值(绝对值)有较大的影响。通过讨论可以看出：(1)圆形和平底端部形状的从动件，仍然保持传统的滚子从动件和平底从动件的优点的同时能够改善凸轮机构从动件的运动性能；(2)选择适当的从动件端部形状和尺寸，就可田5b=2O时尖雇和平鹰移动从动件的蠡动接田以在一定的范围内较大幅度地减小从动件的速度和加速度的最大值，这对给现成凸轮配置从动件，获得从动件的较好的运动性能，会得到更好的效果；(3)在某些场合下的滚子从动件和平底从动件凸轮机构，省去设计

6、实际轮廓曲线的步骤，也能田6b=4O时尖底和平鹰移动从动件的运动接田1998—07—2O收到稿件。维普资讯http://www.cqvip.com学习园地<机械设计)1999年4月No4消耗，另外，弹耽过程还要求有相当高超的生物协调性。正是遵循这一思路，笔者设计了一种新型车轮——接下来要说明的是单纯的步行类和滚动类都不利于变辐车轮——在这里提出．供大家参考。在复杂地形下快速机动行进，步行类灵活而强大的适应性和越障能力是有目共睹的，步行机器人的研制工作也正是因此而蓬勃展开，但由于它涉及很多尚不完备的高科技内容，所以目前根难走向实用。即使将来我们能够箭造出象^或牛

7、马一样动作协调的步行机器^．参照后文可以看出，它随着障碍的起伏走上走下，其机动行进的直线速度也不会很快。另外，它的有效载荷较小，在平直道路上的常规行进速度也不够理想。至于滚动类中的普通车轮．它在0．1rn左右的障碍地形中就已经进退不由，离开道路基本上将丧失行进能力。因此就技术成熟度和综台行驶性能来讲，履带式车辆可以说是目前表现最好的了。一般来说，应付复杂情况的方案有两类：一是以不变应万变，用较大的损耗和粗笨的方式笼统地对待各种情况。二是随机应变的智能化，以较小的损耗和精细的测算有针对性地进行处理。履带式车辆体现了前一个方案圈1的特征，而后一种情况无疑具有更高的

8、效率和适应性．也如图I所示，变辐车轮由